從電池模式轉(zhuǎn)換為適配器模式時(shí)保護(hù)適配器元件的帶轉(zhuǎn)換控制的電池充電系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】從電池模式轉(zhuǎn)換為適配器模式時(shí)保護(hù)適配器元件的帶轉(zhuǎn)換控制的電池充電系統(tǒng)
相關(guān)串請(qǐng)的交叉參考
[0001]本申請(qǐng)要求2014年3月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/970，607號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
【附圖說(shuō)明】
[0002]本發(fā)明的好處、功能、和優(yōu)點(diǎn)參照下面的說(shuō)明和附圖將更好地理解，其中:
[0003]圖1是電子裝置的簡(jiǎn)化框圖，該電子裝置具有包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的電池充電系統(tǒng)的電源系統(tǒng)；
[0004]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可以用作圖1的電池充電系統(tǒng)的電池充電系統(tǒng)的示意圖；
[0005]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可以在圖2的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖和框圖；
[0006]圖4是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的運(yùn)行的流程圖；
[0007]圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的可以在圖2的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖和框圖；
[0008]圖6是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖5的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的運(yùn)行的流程圖；
[0009]圖7是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的可以在圖2的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖和框圖；和
[0010]圖8是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖7的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的運(yùn)行的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在典型的電池充電系統(tǒng)中，當(dāng)交流(AC)電源不可用或沒(méi)有連接時(shí)電池會(huì)提供系統(tǒng)負(fù)荷。AC到直流(DC) (AC/DC)適配器將AC電源轉(zhuǎn)換為提供AC電源的DC電壓電平。當(dāng)系統(tǒng)插到AC/DC適配器時(shí)，電池充電系統(tǒng)將系統(tǒng)負(fù)荷從電池轉(zhuǎn)換為AC/DC適配器的DC輸出。電池充電系統(tǒng)可包括隔離裝置，其防止多個(gè)電源如電池和AC/DC適配器之間的沖突，或者能夠使它們合作。例如，控制隔離裝置以當(dāng)AC/DC適配器連接時(shí)將電源從電池轉(zhuǎn)換為AC/DC適配器。
[0012]然而已經(jīng)觀察到，如果在轉(zhuǎn)換為AC/DC適配器的更高的電壓輸出期間系統(tǒng)負(fù)荷高和/或電池電壓低，則隔離裝置受觸發(fā)時(shí)可能會(huì)受到一個(gè)顯著的電涌。在不同的條件下，功率壓力可能超出隔離裝置的額定功率，這可能會(huì)導(dǎo)致裝置或其他部件的損壞或系統(tǒng)的故障。
[0013]一個(gè)可能的解決方案是通過(guò)用隔離裝置控制適配器電流以降低功率壓力。這個(gè)解決方案并不涵蓋所有可能的不同操作條件，因此不能保證在各種情況下正確運(yùn)行。另一個(gè)解決辦法是增加隔離裝置的額定功率。然而這后一解決方案限制隔離裝置的選擇和/或顯著增加成本。
[0014]圖1是電子裝置100的簡(jiǎn)化框圖，該電子裝置100具有包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)施的電池充電系統(tǒng)103的電源系統(tǒng)101。電源系統(tǒng)101產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)給電子裝置100的其他系統(tǒng)裝置供電的電源電壓。在圖示的實(shí)施例中，電子裝置100包括處理器107和外圍系統(tǒng)109，二者連接以通過(guò)電源總線105從電源系統(tǒng)101接收電源電壓，電源系統(tǒng)包括電源和/或信號(hào)導(dǎo)體的任意組合。在圖示的實(shí)施例中，外圍系統(tǒng)109可以包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器111和輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)113的任意組合，系統(tǒng)存儲(chǔ)器諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和/或只讀存儲(chǔ)器(ROM)型器件和內(nèi)存控制器等的任意組合，輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)可以包括系統(tǒng)與外圍設(shè)備控制器等，如圖形控制器、中斷控制器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)控制器、系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備控制器(如用于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的控制器等)等。圖示的系統(tǒng)只是代表性的，因?yàn)槿绫绢I(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的那樣，許多的處理器系統(tǒng)和支持設(shè)備可以被集成到處理器芯片上。
[0015]電子裝置100可以是任何類型的計(jì)算機(jī)或計(jì)算設(shè)備，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如，筆記本電腦、臺(tái)式電腦、上網(wǎng)本電腦等)、媒體平板裝置(例如，蘋(píng)果公司的ipad、亞馬遜公司的Kindle等)、通信設(shè)備(例如，蜂窩電話、智能手機(jī)等)以及其他類型的電子裝置(例如媒體播放器、錄音設(shè)備等)。電池充電系統(tǒng)103配置為包括可充電電池219 (圖2)并且可配置為用AC/DC適配器203等進(jìn)行操作。
[0016]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可以用作電池充電系統(tǒng)103的電池充電系統(tǒng)200的示意圖。AC電源201 (表示為AC插頭)給AC/DC適配器203提供AC電壓，AC/DC適配器203在適配器節(jié)點(diǎn)204上將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC適配器電壓VADP。適配器節(jié)點(diǎn)204代表電池充電系統(tǒng)200與AC/DC適配器203之間的耦合接口。提供VADP的適配器節(jié)點(diǎn)204與二極管Zl的陽(yáng)極連接，其陰極與節(jié)點(diǎn)205連接。節(jié)點(diǎn)205與濾波電容器⑶的一個(gè)端部以及控制器207的DC輸入引腳DCIN連接。電容器CD的另一端連接到共用的供電參考節(jié)點(diǎn)，如接地(GND)。當(dāng)連接AC/DC適配器203時(shí)，節(jié)點(diǎn)205形成DC檢測(cè)電壓VDC。在一個(gè)實(shí)施例中，VDC形成與VADP相同的電壓電平，其中提供Zl用于適配器電壓極性反向保護(hù)?？刂破?07通過(guò)DCIN引腳接收VDC，以用于檢測(cè)連接的AC/DC適配器203的存在以及提供AC適配器電壓VADP?？刂破?07包括外部地與GND連接的GND引腳。
[0017]適配器節(jié)點(diǎn)204還連接到N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET) AFET的漏極，其柵極通過(guò)柵極電阻RG與控制器207的柵極驅(qū)動(dòng)輸出ASGATE連接。AFET的源極與共用的電源節(jié)點(diǎn)209連接，共用的電源節(jié)點(diǎn)209還與另一個(gè)NFET SFET的源極連接。SFET的柵極與AFET的柵極連接，其漏極與節(jié)點(diǎn)211連接。節(jié)點(diǎn)211還與限流電阻器RLl的一端連接并與電流感測(cè)電阻器RS的一端連接。RS的另一端與另一個(gè)限流電阻器RL2的一端連接并與形成系統(tǒng)電壓VSYS的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)213連接。RLl的另一端被提供給正極輸入電流感測(cè)引腳CSIP，RL2的另一端被提供給控制器207的負(fù)極輸入電流感測(cè)引腳CSIN。控制器207可以在具有輸入/輸出(I/O)端子或引腳等的單獨(dú)的集成電路(IC)設(shè)備或半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)。另外，控制器207可用分立的邏輯和元件等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0018]用連接在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)VSYS與GND之間的電容器CF來(lái)對(duì)VSYS進(jìn)行濾波。在一個(gè)配置中，可以通過(guò)總線105將VSYS直接提供給其他系統(tǒng)元件，或者提供給電源系統(tǒng)101的額外的系統(tǒng)，諸如穩(wěn)壓器(未示出)，穩(wěn)壓器將VSYS轉(zhuǎn)換為總線105上所提供的穩(wěn)壓以向電子裝置100的系統(tǒng)裝置(例如處理器107和/或外圍系統(tǒng)109)供電。從而VSYS向電子裝置100的負(fù)荷的至少一部分供電。
[0019]AFET和SFET連接在背靠背的配置中，其中AFET將AC/DC適配器203與電池219和電池充電電路(本文進(jìn)一步描述)隔離，并且當(dāng)AFET和SFET都被控制器207關(guān)斷時(shí)SFET阻礙電池電流流向AC/DC適配器203。當(dāng)AC/DC適配器203被連接并且AFET和SFET都被控制器207打開(kāi)時(shí)，電壓VADP給節(jié)點(diǎn)213提供適配器電流IADP，以用于給負(fù)荷提供負(fù)荷電流，其中IADP流過(guò)感測(cè)電阻器RS并且通過(guò)CSIP和CSIN引腳被控制器207感測(cè)。
[0020]形成VSYS的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)213與另一個(gè)NFET Ql的漏極連接，NFET Ql的源極與相節(jié)點(diǎn)214連接，相節(jié)點(diǎn)214進(jìn)一步與控制器207的“PHASE (相)”引腳連接。Ql的柵極與控制器207的上柵極驅(qū)動(dòng)輸出UGATE連接。相節(jié)點(diǎn)214還與另一個(gè)NFET Q2的漏極連接并且與輸出電感器LO的一個(gè)端部連接。Q2的柵極與控制器207的下柵極驅(qū)動(dòng)輸出LGATE連接，其源極與GND連接。輸出電感器LO的另一端與節(jié)點(diǎn)215連接，節(jié)點(diǎn)215還與另一